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1、桂林電子科技大学毕业设计（论文）报告用纸目 录1 绪论11.1 课题研究背景11.2 课题开发的意义11.3 课题主要研究内容11.4 课题研究步骤22 绘图仪控制系统的总体设计32.1 概述32.2 系统设计要求32.3 系统的总体方案和要求32.3.1绘图仪控制系统的功能组成与控制参数32.3.2系统硬件结构框图42.4 控制器42.4.1芯片的选择42.4.2单片机介绍52.5 显示电路设计72.5.1 1602资料介绍72.5.2 显示电路设计102.6电机112.6.1步进电机的相关参数112.6.2 应用中的注意点122.7 电机驱动的设计132.7.1 L298驱动原理132.7
2、.2 电机驱动电路设计163 系统软件设计183.1 键盘扫描模块183.2 插补计算模块183.3.1 直线插补184 硬件制作及调试294.1 系统PCB板的设计294.2 硬件调试305 总结32谢 辞33参考文献34附录35桂林電子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第2页 共47页1 绪论1.1 课题研究背景进入90年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动绘图仪控制技术更快的更新换代。世界上许绘图仪系统生产厂家利用PC机丰富的软硬件资源开发开放式体系结构的新一代控制系统。开放式体系结构使绘图仪控制系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，并向智能化、网络化方向大大发展。开放式体系结构可
3、以大量采用通用微机的先进技术，如多媒体技术，实现声控自动编程、图形扫描自动编程等。绘图仪控制系统继续向高集成度方向发展，每个芯片上可以集成更多个晶体管，使系统体积更小，更加小型化、微型化。可靠性大大提高。利用多CPU的优势，实现故障自动排除；增强通信功能，提高进线、联网能力。开放式体系结构的新一代绘图仪控制系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，由于有充足的软、硬件资源可供利用，不仅使绘图仪系统制造商和用户进行的系统集成得到有力的支持，而且也为用户的二次开发带来极大方便，促进了控制系统多档次、多品种的开发和广泛应用，既可通过升档或剪裁构成各种档次的控制系统，又可通过扩展构成不同类型绘图仪控
4、制系统，开发生产周期大大缩短。1.2 课题开发的意义绘图仪的种类繁多，形式各异，有传统的平行四杆式，还有各种精度和规格的轨道式绘图仪，更有与PC机配合使用的机器绘图仪，这些科学技术的结晶给广大工程技术人员的设计及制图到来了极大的便利。但他们大多或是分量太重，不便携带，或是价格昂贵不能普遍应用，因此急需一种既便于携带又价格便宜的绘图仪，本系统就是为了实现这些功能而设计出来的。1.3 课题主要研究内容本课题拟以AT89C52单片机为核心，设计一套以绘图笔为控制对象的绘图仪控制系统。本课题的主要任务是研制一套单片机系统，并使这套单片机系统可实现对绘图笔进行控制和管理。整套系统能够完成绘图及相应的显示
5、。根据系统要求和拟完成的功能特点，本课题研究的主要内容有:（1）总体设计：首先按照系统的应用场合，工作环境，控制对象等确定合理的设计方案，仔细划分软件部分和硬件部分各自应完成的功能，形成系统的研究模型。（2）硬件设计：由于现在市场上各种芯片种类繁多，而且不断在推陈出新，因此必须按照系统要求，根据“性价比最高”原则，选择既适合于本系统，又运行可靠的芯片和元器件，从而设计出最合理的硬件电路，并用PROTEL电路设计软件画出正确的电路图，然后在单片机开发装置的面包板上搭出实验电路，通过实验随时对电路图进行修改，最终调试无误后，再制成印制电路板。（3）软件设计。利用模块化的程序设计方法，把系统应用程序
6、按照整体功能划分为若干相对独立的程序模块，绘出程序流程图，各个模块单独进行设计，利用单片机C语言编程。（4）系统的调试与运行。在单片机开发装置上，用调试软件对程序进行调试，查错和修改，然后把调好的程序联成一个完整的系统程序，再进行联机调试，在线仿真，最后组装样机，脱机运行，通过试运行对系统进行检测，以验证系统的功能。1.4 课题研究步骤在设计开发过程中，严格遵循科学的研究方法，从课题的选择、系统功能规划、电路原理图设计、电路板设计、软件程序设计以及样机制作调试，整机运行测试等几大步骤逐一完成。2 绘图仪控制系统的总体设计本系统的硬件由输入输出部分和控制部分组成。输入输出部分工作主要由键盘来完成
7、；控制部分主要完成系统参数和控制参数的设定、电机的控制、复位、时钟电路、LCD显示和按键处理以及各路输入和输出指示等。2.1 概述单片微型计算机简称单片机，又称微控制器或嵌入式控制器。它将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上的微机。片内含有CPU,ROM,RAM，并行I/O口，定时计数器，中断控制，时钟系统及总线等。它是工业控制和智能化控制系统中应用最多的一种模式。这种模式的最大特点是设计者可根据自己的实际需要开发，设计一个单片机系统，因而更加方便，更加灵活，成本更低。其基本方法是在单片机的基础上扩展一些接口，如用于模拟/数字转换的A/D,D/A接口，用于人机对话的键盘处理接口，LED
8、和LCD接口，用于输出控制的电机接口等。然后再开发一些应用软件就可组成完整的单片机系统。单片机有着体积小，功耗低，功能强，性能价格比高，易于推广应用等显著特点，在自动化装置，智能化仪器仪表，过程控制和家用电器等许多领域获得了广泛的应用。2.2 系统设计要求系统的总体设计要求如下：（1）键盘输入：由于绘图仪需要输入各种参数及命令才会按照相关参数及指令要求进行相应的操作，参数包括：所绘曲线的类型、坐标、直径等；指令则包括：开停机、复位加减速等。（2）实时显示所绘曲线类型，绘图笔坐标、所绘长度、速度，当前操作状态及当前系统时间等。（3）是用驱动芯片，实现对单片机输出信号进行放大，使其能够驱动步进电机
9、工作。（4）步进电机带动绘图笔按照单片机输出的控制信号，带动绘图笔进行相应图形的绘制。2.3 系统的总体方案和要求2.3.1绘图仪控制系统的功能组成与控制参数该系统的开发是在充分了解并分析目前各类绘图仪控制器的前提下进行的，整个系统共分为以下几个模块：即键盘输/LCD显示/电机驱动/步进电机等。这些子模块都有各自的信号检测输入以及控制输出功能，并结合系统的时钟电路、复位电路以及各子系统的功能参数的设置，共同集成为一套功能完善的绘图仪控制系统。该系统的控制对象为步进电机，控制的目的是使系统通过对步进电机发出驱动指令，带动绘图笔移动，以会出各种不同的图形。2.3.2系统硬件结构框图本系统以单片机为
10、核心CPU，组成一个可独立运行，实现各种控制信号输出的控制系统，从总体上讲，该系统硬件设计共包括两大部分：控制部分和输入输出部分，如图2.1所示。单片机1602显示电路光耦L298驱动芯片步进电机按键输入晶振电路图2.1 原理框图2.4 控制器最为一个系统的核心，控制的选取时尤为重要的，我们不仅要考虑性能、速度等问题，还要考虑成本、可行性等问题。2.4.1芯片的选择单片机按照其基本操作处理的位数可分为：1位机、4位机、8位机、16位机、32位机等。其中1位机和4位机结构简单，成本很低，但指令不丰富，且编程复杂，可用于简单的校制：16位机和32位单片机集成度高，性能优越，但是其价格目前比较贵，从
11、而限制了广泛的应用;而8位单片机小巧灵活，指令丰富，性价比极高的优势使其产品占领目前整个单片机市场的60%以上份额，可以说8位单片机将在今后一段时间内仍是工业检测控制的主流机型。现在世界上比较著名的单片机生产厂家有美国INTEL公司，MOTOROLA公司，TI公司，MAXIM公司，NS公司，ATMEL公司等。近年来，随着美国ATMEL公司的AT89系列单片机的推出和单片机C语言的广泛应用，MCS-51单片机有了进一步的活力。AT89系列以MCS-51为内核，兼容了MCS-51的硬件和软件，其主要优点在于：片内的程序存贮器采用闪烁存贮技术，具有电可擦除，电可编程，且编程和擦除时间短(4K字节存贮
12、器编程约3秒，擦除时间10ms)，并可反复编程，数据不易挥发，而且加密功能也大大增强了，能有效的防止用户程序被复制。时钟频率的提高使运算速度也加快了。产品中的20脚封装形式的机种，使其体积更小，更具应用灵活性，可方便的应用于家电产品及小型仪器仪表。经综合考虑，本系统决定选用美国ATMEL公司生产的AT89S52型单片机作为主控制器主芯片，AT89S2051作为输入输出控制器的主芯片。这两种机型是该公司近几年推出的机型，其市场价仅几元/片左右，性价比极高，所以一经推出就得到了广大用户的青睐。2.4.2单片机介绍（1）AT89S52芯片介绍 AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器
13、，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态
14、逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52 , P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻 辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序
15、校验 时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。 此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能 P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器
